KR101451700B1 - 대기환경 측정 센서모듈 및 시스템 - Google Patents

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sensor signal
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황성일
이수상
최중덕
이동기
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주식회사 맥스포
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Abstract

별도의 측정 장치나 단말기를 이용하지 않고도 사용자가 알고자 하는 현재 시점에서의 대기환경 정보를 간편하게 확인할 수 있는 효과가 있다. 이를 위해 특히, 대기환경을 측정하여 아날로그 센서 신호를 생성하는 대기환경 센서; 아날로그 센서 신호를 디지털 센서 신호로 변환하여 전송하는 인터페이스; 인터페이스로부터 전송된 디지털 센서 신호를 사용자단말기의 디스플레이부에 출력될 수 있는 대기환경 신호로 가공하는 MCU; 및 사용자단말기에 마련된 USB 포트에 연결되어 디스플레이부에 대기환경 신호를 출력시키기 위한 USB 시리얼 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기환경 측정 센서모듈이 개시된다.

Description

대기환경 측정 센서모듈 및 시스템{SENSOR MODULE AND SYSTEM FOR MEASURING ATMOSPHERIC ENVIRONMENT}
본 발명은 대기환경 측정 센서모듈 및 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 사용자단말기를 통해 대기환경 정보를 손쉽게 파악할 수 있는 대기환경 측정 센서모듈 및 시스템에 관한 것이다.
최근 들어 산업사회가 발전함에 따라 미세먼지, 이산화탄소 등과 같은 대기오염이 증가하고 있으며, 지구 온난화로 인한 대기온도 상승, 도시 열섬 현상 등 대기환경이 급격하게 변화되고 있다. 이에 따라 대기의 관측, 분석, 모니터링 등과 관련된 대기환경관리의 필요성이 점차 증가하고 있다. 대기환경관리를 위해서 종래에는 센서 등을 통해 취합한 데이터를 소프트웨어를 사용하여 분석하고, 분석 결과를 사람들에게 알려주어 대기환경 변화에 대응할 수 있도록 하는 시스템이 사용되고 있다.
한편, 현대인들의 경우, 대기환경이나 상태를 측정하여 사용자에게 제공해 주는 다양한 측정장치나 단말기들의 보급으로 인해 손쉽게 대기환경을 파악할 수 있게 됨으로써 자외선 지수가 높은 날에는 야외활동을 삼가는데 활용하거나, 온도가 높은 날에는 착용하는 옷을 간편하게 하는 등 편리한 생활을 영위하고 있다. 그러나, 개개인들이 대기환경에 대한 정보를 취득하기 위해서는 별도로 구매된 측정장치나 단말기를 통해서만 그 목적을 달성할 수 있는 점에서 별도의 단말기 등의 구매에 따른 비용부담이나 단말기를 소지하고 다녀야 하는 번거로움을 야기하는 문제가 있었다.
이러한 문제점들을 해결하기 위한 종래기술로 공개특허번호 10-2010-0031375가 출원되었으며, 종래기술은 이동체에 탑재되어 이동경로 상에서 해당 지역의 대기환경을 측정하기 위한 이동형 대기환경 측정 장치 및 상기 이동형 대기환경 측정 장치에서 측정한 대기환경 정보를 제공받아 데이터베이스화하며, 가입자 단말로부터의 요청에 따라 해당 대기환경 정보를 제공하기 위한 대기환경 정보 제공 서버를 포함하여 구성되고 있다.
그러나, 이러한 종래기술은 대기환경 정보를 데이터베이스화해야하고, 대기환경 정보 제공 서버를 구축해야 하는 점에서 가입자가 간편하게 대기환경에 대한 정보를 얻고자 하는 목적과는 부합하지 않으며, 시스템 구축에 비용이 너무 많이 소요될 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요에 의해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 간편하게 현재 시점에서의 대기환경 정보를 확인할 수 있는 대기환경 측정 센서모듈 및 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 대기환경을 측정하여 아날로그 센서 신호를 생성하는 대기환경 센서; 아날로그 센서 신호를 디지털 센서 신호로 변환하여 전송하는 인터페이스; 인터페이스로부터 전송된 디지털 센서 신호를 사용자단말기의 디스플레이부에 출력될 수 있는 대기환경 신호로 가공하는 MCU; 및 사용자단말기에 마련된 USB 포트에 연결되어 디스플레이부에 대기환경 신호를 출력시키기 위한 USB 시리얼 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기환경 측정 센서모듈을 제공함으로서 달성될 수 있다.
또한, 대기환경은, 온도, 습도, CO2의 농도 및 자외선량 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 인터페이스는, 아날로그 센서 신호를 디지털 센서 신호로 변환하기 위한 A/D 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
아울러, 대기환경 측정 센서모듈은, 사용자단말기로부터 전기에너지가 공급되는지 여부를 표시하기 위한 전원 표시부; 및 대기환경 센서모듈이 사용자단말기에 연결되어 있는지 여부를 표시하기 위한 링크 표시부;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명의 목적은 상기의 대기환경 측정 센서모듈; 및 대기환경 측정 센서모듈에 연결되어, 대기환경 측정 센서모듈로부터 전송된 대기환경 신호를 출력하는 사용자단말기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기환경 측정 시스템을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 대기환경 측정 센서모듈은, 사용자단말기로부터 전기에너지를 공급받아 구동되는 것을 특징으로 할 수 있다.
아울러, 사용자단말기는, 대기환경 측정 센서모듈로부터 전송된 대기환경 신호를 사용자단말기에 마련된 디스플레이부를 통해 출력시키는 어플리케이션을 탑재하고 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 별도의 측정 장치나 단말기를 이용하지 않고도 사용자가 알고자 하는 현재 시점에서의 대기환경 정보를 간편하게 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 사용자단말기에 탑재된 어플리케이션의 설정을 통해 사용자가 알고자 하는 대기환경 정보만이 출력되게 함으로써 사용자 편의성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대기환경 측정 센서모듈의 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대기환경 측정 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대기환경 측정 시스템의 예시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대기환경 측정 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
<센서모듈의 구성>
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대기환경 측정 센서모듈의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대기환경 측정 시스템(10)의 구성도이다. 도 1및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명인 대기환경 측정 센서모듈(이하에서는 '센서모듈'이라 칭함)(100)은 센서(110), 인터페이스(120), MCU(130), USB 시리얼 컨버터(140), 전원 표시부(150) 및 링크 표시부(160)를 포함하여 구성되며, 이들은 상호 전기적으로 연결되어 있다.
센서(110)는 대기환경을 측정하여 아날로그 형태의 센서 신호를 생성한다. 여기서, 대기환경은 온도, 습도, CO2의 농도, 자외선량 등이 해당될 수 있다. 한편, 센서(110)는 복수개가 구비될 수 있으며, 측정하여 취득하고자 하는 대기환경 정보에 따라 적절하게 구성될 수 있다. 즉, 측정하고자 하는 대기환경 정보에 따라 서로 다른 종류의 센서(110)를 적절하게 배치하여 사용할 수 있다. 센서(110)는 측정된 생성된 아날로그 센서 신호를 인터페이스(120)로 전송한다.
인터페이스(Interface)(120)는 센서(110)로부터 전송된 아날로그 센서 신호를 디지털 센서 신호로 변환하여 MCU(Micro Controller Unit)(130)로 전송한다. 구체적으로 디지털 센서 신호로의 변환은 인터페이스(120) 내부에 구비된 A/D 컨버터(125)에 의해 이루어지며, 변환된 디지털 센서 신호는 범용 입출력(General Purpose Input/Output; GPIO) 포트 또는 IC2(Inter Intergrated circuit) 채널을 이용하여 MCU(130)로 전송될 수 있다.
MCU(130)는 인터페이스(120)로부터 전송받은 디지털 센서 신호를 사용자단말기(200)에서 출력될 수 있는 대기환경 신호로 가공한다. 여기서, 대기환경 신호는 사용자단말기(200)에서 출력되는 구체적인 수치와 관련된 신호를 말한다. 한편, 가공된 대기환경 신호는 사용자단말기(200)에 구비된 디스플레이부(220)를 통해 출력된다.
USB 시리얼 컨버터(140)는 센서모듈(100)을 사용자단말기(200)에 전기적으로 연결할 수 있도록 구비된다. 즉, 사용자단말기(200)는 USB 포트(230)를 구비하고 있으며, USB 시리얼 컨버터(140)는 MCU(130)에서 가공된 대기환경 신호를 사용자단말기(200)로 전송할 수 있도록 USB 포트(230)에 전기적으로 연결된다.
한편, 센서모듈(100)은 사용자단말기(200)로부터 전기에너지가 공급되는지 여부를 표시하기 위한 전원 표시부(150) 및 센서모듈(100)이 사용자단말기(200)에 연결되어 있는지 여부를 표시하기 위한 링크 표시부(160)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 센서모듈(100)은 별도의 전기에너지 공급수단을 구비하고 있지 않으며, 사용자단말기(200)에 구비된 전기에너지 공급수단(미도시)으로부터 센서모듈(100)의 구동에 필요한 전기에너지를 공급받는다. 즉, 센서모듈(100)은 사용자단말기(200)에 연결되는 것에 의해 사용자단말기(200)로부터 전기에너지를 공급받음으로써, 센서(110)가 대기환경을 측정하고, 인터페이스(120)가 아날로그 센서 신호를 디지털 센서 신호로 변환하고, MCU(130)가 디지털 센서 신호를 가공하여 생성된 대기환경 신호를 사용자단말기(200)로 전송할 수 있는 것이다. 이러한 센서모듈(100)은 별도의 저장수단을 구비하지 않고 있으며, 측정되는 아날로그 센서 신호를 변환 및 가공하여 최종적으로 얻어진 대기환경 신호를 바로바로 사용자단말기(200)로 전송하도록 한다. 전원 표시부(150)는 센서모듈(100)이 사용자단말기(200)에 연결됨으로써 사용자단말기(200)로부터 전기에너지를 공급받을 때는 켜지고(ON 상태), 센서모듈(100)과 사용자단말기(200)가 분리되면 꺼지도록(OFF 상태) 구성된다. 한편, 링크 표시부(160)는 센서모듈(100)이 사용자단말기(200)에 연결되었을 때 켜지고(ON 상태), 센서모듈(100)이 사용자단말기(200)와 분리되었을 때는 꺼지도록(OFF 상태) 구성된다.
그러나, 실시하기에 따라서는 센서모듈(100)에 별도의 전원공급부(미도시) 및 저장부(미도시)을 구비하고, 센서(110)가 자체적으로 공급되는 전기에너지에 의해 일정 주기로 측정하여 얻어진 아날로그 센서 신호를 바탕으로 한 대기환경 신호를 저장하고 있다가 사용자단말기(200)가 연결되었을 때, 이를 디스플레이부(220)에 출력하도록 할 수도 있다. 이와 같이 구성함으로써, 디스플레이부(220)에 현재 시점에서의 대기환경 뿐만 아니라 이전 시점의 대기환경에 대한 대기환경 신호가 같이 출력되도록 할 수 있으며, 이를 통해 사용자는 대기환경 신호가 어떻게 변화되었는지를 파악할 수 있게 된다.
<측정 시스템의 구성>
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대기환경 측정 시스템의 예시도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명인 대기환경 측정 시스템(이하, '측정 시스템'이라 함)(10)은 상기의 센서모듈(100) 및 사용자단말기(200)를 포함하여 구성되며, 특히, 사용자단말기(200)는 디스플레이부(220) 및 USB 포트(230)를 포함하고 있으며, 내부에는 어플리케이션(210)을 탑재하고 있다. 센서모듈(100)에 대해서는 위에서 이미 설명하였으므로, 이하에서는 사용자단말기(200)의 구성 및 측정 시스템(10)의 작용에 대해 설명하기로 한다.
사용자단말기(200)는 센서모듈(100)로부터 전송된 대기환경 신호를 화면으로 출력할 수 있는 것이면 어느 것이든 이용될 수 있다. 대표적으로, 스마트폰이 사용될 수 있으나 그 밖의 휴대폰, 내비게이션, PDA 등 여러 단말기들이 사용될 수 있다. 한편, 사용자단말기(200)는 센서모듈(100)로부터 전송된 대기환경 신호를 음성 신호로 변환하여 출력하는 음성출력수단(미도시)을 포함하여 구성될 수도 있다. 즉, 사용자가 대기환경 신호를 육안으로 파악하기 곤란한 경우에, 사용자단말기(200)는 대기환경 신호를 음성신호로 변환하여 사용자에게 청각적으로 전달할 수 있게 할 수 있다. 물론 실시하기에 따라서는 대기환경 신호를 시각적으로 출력하는 동시에 변환된 음성신호를 출력할 수도 있다.
USB 포트(230)는 센서모듈(100)을 사용자단말기(200)에 연결시키는 역할을 한다. 구체적으로, 센서모듈(100)의 USB 시리얼 컨버터(140)는 사용자단말기(200)에 구비되어 있는 USB 포트(230)에 연결되며, 이를 통해 MCU(130)에서 가공된 대기환경 신호가 사용자단말기(200)로 전송되게 된다. 이때, 센서모듈(100)과 사용자단말기(200)는 시리얼 통신을 통해 대기환경 신호를 주고 받는다.
어플리케이션(210)은 사용자단말기(200)에 탑재되어 있으며, 센서모듈(100)로부터 전송된 대기환경 정보가 디스플레이부(220)에 출력되도록 사용자단말기(200)를 제어한다.이러한 어플리케이션(210)은 센서모듈(100)이 사용자단말기(200)에 연결되었을 때 또는 대기환경 신호가 센서모듈(100)로부터 사용자단말기(200)로 전송되었을 때 자동으로 실행될 수도 있다. 그러나, 어플리케이션(210)은 사용자의 명령을 입력받았을 때 비로소 실행될 수도 있다. 한편, 어플리케이션(210)은 사용자의 설정에 의해 MCU(130)로부터 전송된 대기환경 신호 중 일부만이 디스플레이부(220)에 출력되도록 할 수도 있다.
디스플레이부(220)는 센서모듈(100)로부터 전송된 대기환경 신호를 시각적으로 출력하는 역할을 한다. 디스플레이부(220)는 스마트폰 등 공지의 단말기들에 구비되어 있는 액정 표시창과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 측정 시스템(10)의 작동에 대해 설명하다.
센서모듈(100)은 USB 시리얼 컨버터(140)와 사용자단말기(200)의 USB 포트(230)의 연결에 의해 사용자단말기(200)로부터 전기에너지를 공급받는다. 센서(110)는 대기환경을 측정하여 아날로그 센서 신호를 생성하고, 생성된 아날로그 센서 신호를 인터페이스(120)에 전송한다. 전송된 아날로그 센서 신호는 A/D 컨버터(125)에 의해 디지털 센서 신호로 변환되고, 변환된 디지털 센서 신호는 MCU(130)로 전송된다. MCU(130)는 전송된 디지털 센서 신호를 대기환경 신호로 가공하고, 가공된 대기환경 신호를 USB 시리얼 컨버터(140)를 통해 사용자단말기(200)로 전송한다.
이후, 사용자단말기(200)에 탑재된 어플리케이션(210)은 센서모듈(100)로부터 전송된 대기환경 신호를 디스플레이부(220)에 시각적으로 출력한다.
<측정 방법>
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대기환경 측정 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다. 이하에서는 도 4를 참조하여, 대기환경 측정 방법(이하, '측정 방법'이라 칭함)을 설명하되, 상기 센서모듈(100) 및 측정 시스템(10)에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 이를 생략한다.
1. 전원의 인가( S310 )
사용자단말기(200)에 구비된 USB 포트(230)에 센서모듈(100)의 USB 시리얼 컨버터(140)가 연결되는 것에 의해 센서모듈(100)은 사용자단말기(200)로부터 전기에너지를 공급받는다. 이때, 센서모듈(100)에 있는 링크 표시부(160) 및 전원 표시부(150)는 활성화되어 켜짐으로써 ON 상태로 변한다. 한편, 센서모듈(100)은 자체적으로 내장되어 있는 전원 공급부(미도시)에 의해 구동될 수도 있다.
2. 대기환경 측정( S320 )
센서(110)는 대기환경(온도, 습도, CO2량, 자외선량 등)을 측정한다. 그 밖에 센서(110)는 미세먼지농도, CO량, NO2량, VOCS량 등을 측정하여 대기의 오염도를 확인하도록 할 수도 있다.
3. 아날로그 센서 신호 생성( S330 )
센서(110)는 측정된 대기 환경 정보를 바탕으로 센서 신호를 생성한다. 이때, 생성되는 센서 신호는 아날로그 형태이다.
4. 아날로그 센서 신호 전송( S340 )
센서(110)는 생성된 아날로그 센서 신호를 센서(110)와 전기적으로 연결되어 있는 인터페이스(120)로 전송한다.
5. 디지털 센서 신호 변환( S350 )
인터페이스(120)는 센서(110)로부터 전송된 아날로그 센서 신호를 디지털 센서 신호로 변환한다. 구체적으로, 이러한 변환은 인터페이스(120) 내의 A/D 컨버터(125)에 의해 수행된다.
6. MCU (130)로 디지털 센서 신호 전송( S360 )
A/D 컨버터(125)에 의해 변환된 디지털 센서 신호는 인터페이스(120)에 의해 범용 입출력(GPIO) 포트 또는 IC2 채널을 이용하여 MCU(130)로 전송된다. 한편, 변환된 디지털 센서 신호는 그 밖에 공지의 디지털 센서 신호의 전송방법에 의해 MCU(130)로 전송될 수도 있다.
7. 대기환경 신호 가공( S370 )
MCU(130)로 전송된 디지털 센서 신호는 MCU(130)에 의해 사용자단말기(200)의 디스플레이부(220)에 출력될 수 있는 대기환경 신호로 가공된다.
8. 사용자단말기(200)로 대기환경 신호 전송( S380 )
MCU(130)에서 가공된 대기환경 신호는 사용자단말기(200)의 USB 포트(230)에 연결된 USB 시리얼 컨버터(140)를 통해 사용자단말기(200)로 전송된다. 이때, 전송된 대기환경 신호는 사용자단말기(200)에 내장된 저장수단(미도시)에 임시 저장수단(예를 들어, 램 등)에 저장되었다가 디스플레이부를 통해 출력될 수도 있다.
9. 대기환경 정보 출력( S390 )
사용자단말기(200)에 내장된 어플리케이션(210)은 디스플레이부(220)를 제어해 MCU(130)로부터 전송받은 대기환경 신호를 디스플레이부(220)에 출력되도록 한다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10 : 대기환경 측정 시스템
100 : 대기환경 측정 센서모듈
110 : 센서 120 : 인터페이스
130 : MCU 140 : USB 시리얼 컨버터
150 : 전원 표시부 160 : 링크 표시부
200 : 사용자단말기
210 : 어플리케이션 220 : 디스플레이부
230 : USB 포트

Claims (7)

  1. 대기환경을 측정하여 아날로그 센서 신호를 생성하는 대기환경 센서;
    상기 아날로그 센서 신호를 디지털 센서 신호로 변환하여 전송하는 인터페이스;
    상기 인터페이스로부터 전송된 디지털 센서 신호를 사용자단말기의 디스플레이부에 출력될 수 있는 대기환경 신호로 가공하는 MCU;
    상기 사용자단말기에 마련된 USB 포트에 연결되어 상기 디스플레이부에 상기 대기환경 신호를 출력시키기 위한 USB 시리얼 컨버터;
    상기 사용자단말기로부터 전기에너지가 공급되는지 여부를 표시하기 위한 전원 표시부; 및
    상기 사용자단말기에 연결되어 있는지 여부를 표시하기 위한 링크 표시부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기환경 측정 센서모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 대기환경은,
    온도, 습도, CO2의 농도 및 자외선량 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 대기환경 측정 센서모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인터페이스는,
    상기 아날로그 센서 신호를 상기 디지털 센서 신호로 변환하기 위한 A/D 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기환경 측정 센서모듈.
  4. 삭제
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 대기환경 측정 센서모듈; 및
    상기 대기환경 측정 센서모듈에 연결되어, 상기 대기환경 측정 센서모듈로부터 전송된 대기환경 신호를 출력하는 사용자단말기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기환경 측정 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 대기환경 측정 센서모듈은,
    상기 사용자단말기로부터 전기에너지를 공급받아 구동되는 것을 특징으로 하는 대기환경 측정 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 사용자단말기는,
    상기 대기환경 측정 센서모듈로부터 전송된 대기환경 신호를 상기 사용자단말기에 마련된 디스플레이부를 통해 출력시키는 어플리케이션을 탑재하고 있는 것을 특징으로 하는 대기환경 측정 시스템.
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